পাঠ ১১ / ১১অনুচ্ছেদ ২.১৭, ২.১৮, ২.১৯, ২.২০

দ্রাবক নিষ্কাশন ও ক্রোমাটোগ্রাফিSolvent extraction & chromatography

একটি কাগজের ফালির নিচের দিকে কালো মার্কারের এক ফোঁটা দাও, তারপর ফালির নিচের প্রান্তটুকু পানিতে ডোবাও। কালো রংটা কি কালোই থাকবে? নিজে করে দেখো:

কালি (ink):

কাগজের নিচের পেনসিল-দাগে এক ফোঁটা কালো কালি। কাগজটি দ্রাবকে (solvent) ডোবালে কী হবে?

কালো জলরং মার্কারের ফোঁটা পানি আর অ্যালকোহলে (alcohol) চালাও — "কালো" রং কী হলো?
এবার স্থায়ী মার্কার চালাও। পানিতে কিছু নড়ল কি?
কোন দ্রাবকে (solvent) কোন কালি সরে — কারণটা কী হতে পারে?

“কালো” কালি আসলে কয়েকটি রঙের মিশ্রণ (mixture) — আর একটি সাধারণ কাগজ আর পানি দিয়েই সেগুলো আলাদা করা গেল। কেন একেক রং একেক দূরত্বে থামে? আর পানিতে মেশানো কোনো যৌগকে (compound) অন্য দ্রাবকে (solvent) টেনে বের করার উপায় কী? এই পাঠে ধাপে ধাপে দেখব:

দ্রাবক নিষ্কাশন (solvent extraction) — পৃথকী ফানেল (separating funnel) ও দ্রাবক বাছাই
নার্নস্টের বণ্টন সূত্র (Nernst distribution law)
একবারে বেশি, নাকি বারবার অল্প? — বহুধাপ নিষ্কাশন (repeated extraction)
কঠিন (solid) থেকে নিষ্কাশন — সক্সলেট যন্ত্র (Soxhlet extractor)
ক্রোমাটোগ্রাফির মূলনীতি (principles of chromatography) — স্থির ও চলমান দশা (stationary & mobile phase)
কলাম ক্রোমাটোগ্রাফি (column chromatography)
কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি (paper chromatography) ও $R_f$ মান, পাতলা স্তর ক্রোমাটোগ্রাফি (thin layer chromatography, TLC)
গুণগত বিশ্লেষণের গুরুত্ব (importance of qualitative analysis)
এবার নিজে করে দেখো — পৃথকী ফানেল ও কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি ল্যাব

ধাপ ১: দ্রাবক নিষ্কাশন ও পৃথকী ফানেল

কোনো যৌগকে তার দ্রবণ (solution; বা কঠিন মিশ্রণ) থেকে একটি উপযুক্ত দ্বিতীয় দ্রাবকে দ্রবীভূত (dissolve) করে টেনে আলাদা করার পদ্ধতিই দ্রাবক নিষ্কাশন (solvent extraction)। বেশিরভাগ জৈব যৌগ (organic compound) অপোলার (non-polar), তাই পানিতে কম কিন্তু জৈব দ্রাবকে (organic solvent) বেশি দ্রবণীয় (soluble) — এই পার্থক্যই কাজে লাগানো হয়।

পানির দ্রবণ থেকে নিষ্কাশনে ব্যবহার হয় পৃথকী ফানেল (separating funnel) — নিচে স্টপকক (stopcock) আর ওপরে ছিপি (stopper) লাগানো নাশপাতি আকৃতির কাচের পাত্র। কাজের ধারা:

ফানেলে জলীয় দ্রবণ (aqueous solution) আর জৈব দ্রাবক নাও, ছিপি লাগাও।
ফানেল উল্টে স্টপকক খুলে বাতাস ছাড়ো (vent) — উদ্বায়ী (volatile) দ্রাবকের বাষ্পে (vapour) চাপ (pressure) জমে। তারপর ভালো করে ঝাঁকাও, মাঝে মাঝে আবার বাতাস ছাড়ো।
স্ট্যান্ডে (stand) রেখে ছিপি খুলে স্থির হতে দাও — দুটি স্তর (layer) আলাদা হয়।
স্টপকক খুলে নিচের স্তর বের করো। দরকারে নতুন দ্রাবক দিয়ে আবার করো।
সব জৈব স্তর (organic layer) একত্র করে অনার্দ্র (anhydrous) CaCl₂ বা Na₂SO₄ দিয়ে শুকাও, তারপর পাতনে (distillation) দ্রাবক উড়িয়ে দাও — যৌগটি পড়ে থাকে।

ভালো নিষ্কাশন-দ্রাবকের গুণ: (ক) মূল দ্রাবকের (সাধারণত পানির) সাথে অমিশ্রণীয় (immiscible); (খ) কাঙ্ক্ষিত যৌগকে মূল দ্রাবকের চেয়ে অনেক বেশি দ্রবীভূত করে; (গ) যৌগের সাথে বিক্রিয়া (react) করে না; (ঘ) উদ্বায়ী (volatile, কম স্ফুটনাঙ্ক — low boiling point) — সহজে আলাদা করা যায়; (ঙ) কম বিষাক্ত (toxic), সস্তা। প্রচলিত দ্রাবক: ডাইইথাইল ইথার (diethyl ether, b.p. 35 °C), হেক্সেন (hexane), ইথাইল অ্যাসিটেট (ethyl acetate), ডাইক্লোরোমিথেন (dichloromethane), ক্লোরোফর্ম (chloroform), CCl₄।

কোন স্তর ওপরে থাকবে, তা ঠিক করে ঘনত্ব (density) — রঙ বা নাম নয়। নিচে নিজে দেখো:

পানির সাথে যোগ করো (add to water):

কার্বন টেট্রাক্লোরাইড (carbon tetrachloride, 1.594 g/mL) পানির (0.998 g/mL) চেয়ে ভারী (denser), তাই নিচে বসে। স্টপকক (stopcock) খুললে আগে এটিই বের হবে।

দেখা হয়েছে: 1/7

নিজে যাচাই করো

পৃথকী ফানেলে পানি আর ডাইইথাইল ইথার (0.71 g/mL) নিলে স্টপকক খুললে প্রথমে কোনটি বের হবে?

ধাপ ২: নার্নস্টের বণ্টন সূত্র

ঝাঁকানোর সময় দ্রবের (solute) অণু (molecule) দুই স্তরের মধ্যে আসা-যাওয়া করে। কিছুক্ষণ পর একটি সাম্যাবস্থা (equilibrium) আসে, যখন দুই দিকে যাওয়ার হার (rate) সমান। নার্নস্টের বণ্টন সূত্র (Nernst distribution law) বলে:

স্থির তাপমাত্রায় (temperature) কোনো দ্রব দুটি পরস্পর অমিশ্রণীয় দ্রাবকে এমনভাবে বণ্টিত (distributed) হয় যে, দুই দ্রাবকে তার ঘনমাত্রার (concentration) অনুপাত (ratio) ধ্রুবক (constant) থাকে।

এই সাইটে আমরা সবসময় জৈব (নিষ্কাশক, extracting) দ্রাবকের ঘনমাত্রাকে লবে (numerator) রাখব:

K_D = \frac{C_{\text{org}}}{C_{\text{aq}}}

$K_D$ -কে বলে বণ্টন গুণাঙ্ক (distribution coefficient বা partition coefficient)। যেমন 25 °C-এ আয়োডিনের (iodine) জন্য CCl₄ ও পানির মধ্যে $K_D \approx 85$ — অর্থাৎ সাম্যাবস্থায় CCl₄-এ আয়োডিনের ঘনমাত্রা পানির চেয়ে প্রায় 85 গুণ। $K_D$ যত বড়, নিষ্কাশন তত সহজ।

সূত্রটি খাটার শর্ত: তাপমাত্রা স্থির; দ্রাবক দুটি পরস্পর অমিশ্রণীয় ও দ্রবের সাথে বিক্রিয়াহীন; দ্রবণ লঘু (dilute); আর দুই দ্রাবকে দ্রবের আণবিক অবস্থা একই (same molecular state) — কোনো একটিতে সংযুক্তি (association, যেমন বেনজিনে (benzene) CH₃COOH-এর ডাইমার (dimer)) বা বিয়োজন (dissociation) হলে সরল অনুপাতটি ধ্রুবক থাকে না।

সাবধান — কোনটা লবে? পাঠ্যবই উল্টোভাবে লেখে: $K_D = C_{\text{aq}} / C_{\text{org}}$ (মূল দ্রাবক ÷ নিষ্কাশক দ্রাবক, original ÷ extracting solvent), তাই সেখানে আয়োডিন-পানি-CCl₄-এর জন্য $K_D = 1/80 = 0.0125$ । দুটোই চলে, যদি সংজ্ঞা আর সূত্র একই দিক থেকে ব্যবহার করো। পরীক্ষায় প্রশ্নে কোনটি লবে আছে, আগে দেখে নাও।

নিজে যাচাই করো

কোনো তাপমাত্রায় আয়োডিনের জন্য KD (CCl₄/পানি) = 80। ওই তাপমাত্রায় পানিতে আয়োডিনের সম্পৃক্ত দ্রবণ (saturated solution) 0.35 g/L হলে CCl₄-এ এর দ্রাব্যতা (solubility) কত?

ধাপ ৩: একবারে বেশি, নাকি বারবার অল্প?

ধরো $V_{aq}$ mL পানিতে $x_0$ g দ্রব আছে, আর প্রতিবার $V_{org}$ mL তাজা জৈব দ্রাবক দিয়ে নিষ্কাশন করা হচ্ছে। একবার নিষ্কাশনের পর পানিতে $x_1$ g থাকলে:

K_D = \frac{(x_0 - x_1)/V_{org}}{x_1/V_{aq}} \;\Rightarrow\; x_1 = x_0\,\frac{V_{aq}}{V_{aq} + K_D V_{org}}

প্রতিবার একই ভগ্নাংশ থেকে যায়, তাই $n$ বার নিষ্কাশনের পর:

x_n = x_0 \left(\frac{V_{aq}}{V_{aq} + K_D V_{org}}\right)^{n}

একই মোট দ্রাবক ( $nV_{org}$ ) একবারে ব্যবহার করলে থাকে $x_0\,\dfrac{V_{aq}}{V_{aq} + K_D\, nV_{org}}$ — যা সবসময় $x_n$ -এর চেয়ে বেশি। অর্থাৎ অল্প অল্প করে বারবার নিষ্কাশন বেশি কার্যকর। নিচে নিজে ভাগ করে দেখো:

বণ্টন গুণাঙ্ক (distribution coefficient, K_D):

ভাগ (portions, n)1 × 50 mL

\frac{x _{n}}{x _{0}} = (\frac{V _{a q}}{V _{a q} + K _{D} V _{or g}})^{n} = (\frac{100}{100 + 4 \times 50})^{1} = 0.333

একবারে পুরো 50 mL দিলে 33.3% দ্রব (solute) পানিতে থেকে যায়। এবার একই 50 mL কয়েক ভাগে ভাগ করে দেখো।

উদাহরণ (বইয়ের সমস্যা ২.৭২): 1 L পানিতে 1 g আয়োডিন, $K_D = 80$ । 50 mL CCl₄ একবারে: $x = 1 \times \dfrac{1000}{1000 + 80 \times 50} = 0.20$ g থাকে (80% নিষ্কাশিত)। 10 mL করে পাঁচবার: $x_5 = 1 \times \left(\dfrac{1000}{1000 + 800}\right)^5 = 0.053$ g থাকে (94.7% নিষ্কাশিত)।

নিজে যাচাই করো

100 mL জলীয় দ্রবণে 0.5 g দ্রব, KD (জৈব/পানি) = 10। 50 mL দ্রাবক একবারে দিলে কত শতাংশ নিষ্কাশিত হবে?

ধাপ ৪: কঠিন থেকে নিষ্কাশন — সক্সলেট যন্ত্র

গাছের পাতা, বীজ বা চালের কুঁড়া থেকে তেল বা অন্য যৌগ বের করতে কঠিন নমুনাকে (sample) দ্রাবকে বারবার ধুতে হয়। এজন্য সক্সলেট যন্ত্র (Soxhlet extractor)। এর তিনটি অংশ: নিচে দ্রাবকসহ পাতন ফ্লাস্ক (distillation flask), মাঝে সাইফন নল (siphon tube) লাগানো নিষ্কাশন প্রকোষ্ঠ (extraction chamber) — যেখানে পুরু ফিল্টার কাগজের (filter paper) টোপরে (thimble) গুঁড়া নমুনা থাকে, আর ওপরে শীতক (condenser)।

চক্র (cycles): 0
নিষ্কাশিত তেল (extracted oil): 0.00 / 1.8 g
নমুনা (sample): 10 g চালের কুঁড়া (rice bran)

ফ্লাস্কে (flask) দ্রাবক (যেমন হেক্সেন বা পেট্রোলিয়াম ইথার; solvent such as hexane or petroleum ether), মাঝের প্রকোষ্ঠে (chamber) টোপর-ভরা (thimble) চালের কুঁড়া (rice bran)। তাপ দিয়ে একটি চক্র (cycle) দেখো।

দ্রাবকের বাষ্প পার্শ্বনল (side arm) দিয়ে ওপরে উঠে শীতকে তরল (liquid) হয়ে টোপরে ঝরে পড়ে, যৌগটি গলিয়ে নেয়। প্রকোষ্ঠ সাইফনের উচ্চতা পর্যন্ত ভরলেই পুরো দ্রবণ সাইফন টানে ফ্লাস্কে নেমে যায়। ফ্লাস্কে শুধু দ্রাবক আবার বাষ্প হয় (তেল থেকে যায়) — তাই একই অল্প দ্রাবক বারবার তাজা অবস্থায় নমুনার ওপর দিয়ে যায়, যা ধাপ ৩-এর “বারবার অল্প” নীতিরই যান্ত্রিক রূপ। ব্যবহার: চালের কুঁড়া থেকে রাইস ব্র্যান অয়েল, নারিকেলের শাঁস (কোপরা, copra) থেকে তেল, বিভিন্ন বীজের তেল, মরিচ থেকে ঝাঁঝালো রঞ্জক (pigment)।

ধাপ ৫: ক্রোমাটোগ্রাফির মূলনীতি

১৯০৩ সালে রুশ উদ্ভিদবিজ্ঞানী মিখাইল সোয়েট (Mikhail Tswett) চকের (chalk) গুঁড়া ভরা একটি কাচের নলে সবুজ পাতার নির্যাস (extract) ঢেলে দ্রাবক দিয়ে ধুয়ে দেখেন — রঞ্জকগুলো আলাদা আলাদা রঙের পট্টিতে (band) ভাগ হয়ে যায়। গ্রিক chroma (রং) + graphein (লেখা) থেকে নাম দেন ক্রোমাটোগ্রাফি (chromatography)। এখন রংহীন যৌগও এভাবে আলাদা করা হয়।

প্রতিটি ক্রোমাটোগ্রাফিতে দুটি দশা থাকে:

স্থির দশা (stationary phase) — যা নড়ে না: কঠিন অধিশোষক (adsorbent, যেমন সিলিকা জেল (silica gel) SiO₂, অ্যালুমিনা (alumina) Al₂O₃, CaCO₃) বা কোনো কঠিনের গায়ে ধরে রাখা তরল।
চলমান দশা (mobile phase) — যা স্থির দশার ওপর দিয়ে বয়ে যায়: তরল দ্রাবক বা গ্যাস।

মিশ্রণের যে উপাদান স্থির দশায় বেশি আটকায়, সে ধীরে চলে; যে চলমান দশায় বেশি থাকে, সে দ্রুত এগোয়। ফলে উপাদানগুলো ধীরে ধীরে আলাদা হয়ে যায়। আটকানোর কৌশল দুই রকম:

ধরন	স্থির দশা	চলমান দশা	উদাহরণ
অধিশোষণ (adsorption) — পৃষ্ঠে আটকানো	কঠিন	তরল	কলাম, পাতলা স্তর (TLC), চক ক্রোমাটোগ্রাফি (chalk chromatography)
বণ্টন (partition) — দুই তরলে ভাগ হওয়া	তরল (কঠিনে ধরা)	তরল বা গ্যাস	কাগজ (paper), গ্যাস-তরল (gas–liquid, GC)

অধিশোষণের শক্তি: সিলিকা বা অ্যালুমিনার মতো পোলার (polar) অধিশোষকে যে যৌগ যত পোলার, সে তত শক্ত করে আটকায়। কার্যকরী মূলক (functional group) অনুযায়ী সাধারণ ক্রম:

\text{–COOH} > \text{–OH} > \text{–NH}_2 > \text{–CHO},\ \text{>C=O} > \text{–COOR} > \text{–O–} > \text{C=C} > \text{C–C (alkane)}

তাই অপোলার হাইড্রোকার্বন (hydrocarbon) সবার আগে বেরিয়ে আসে, আর কার্বক্সিলিক এসিড (carboxylic acid) সবার শেষে। চলমান দশা বেশি পোলার করলে আটকে থাকা যৌগও দ্রুত সরে।

নিজে যাচাই করো

সিলিকা জেলের কলামে হেক্সেন দিয়ে একটি ইথার (ether), একটি অ্যালকোহল (alcohol) আর একটি অ্যালকেনের (alkane) মিশ্রণ চালানো হলো। কোনটি সবার আগে বেরোবে?

ধাপ ৬: কলাম ক্রোমাটোগ্রাফি

একটি লম্বা কাচের নলের (বা বুরেটের, burette) নিচে কাচের উল (glass wool) দিয়ে, তাতে দ্রাবকে গোলানো সিলিকা জেল বা অ্যালুমিনার কাই (slurry) ঢেলে কলাম তৈরি করা হয়। মিশ্রণটি অল্প দ্রাবকে গুলে কলামের মাথায় দেওয়া হয়, তারপর ওপর থেকে দ্রাবক — ইলুয়েন্ট (eluent) — চালানো হয়। উপাদানগুলো আলাদা আলাদা পট্টি (band) হয়ে নামে, আর নিচ দিয়ে একে একে বের হয় — এই ধুয়ে বের করাকে বলে ইলুশন (elution), বের হওয়া দ্রবণ ইলুয়েট (eluate)। সাধারণত কম পোলার দ্রাবক দিয়ে শুরু করে ধীরে ধীরে পোলারিটি (polarity) বাড়ানো হয়।

পালংশাকের রঞ্জকগুলো (ক্লোরোফিল-a, ক্লোরোফিল-b, ক্যারোটিন, জ্যান্থোফিল — chlorophyll a, chlorophyll b, carotene, xanthophyll) নিজে আলাদা করো:

চলমান দশা (mobile phase, eluent):

কলামের (column) মাথায় পালংশাকের গাঢ় সবুজ নির্যাস (extract)। স্টপকক (stopcock) খুলে অপোলার (non-polar) হেক্সেন (hexane) চালাও।

হেক্সেন (hexane, non-polar) দিয়ে প্রথম ব্যান্ডটি (band) বের করো — কোন রং আগে এল?
বাকি ব্যান্ডগুলো (bands) নড়ছে না? দ্রাবক (solvent) বেশি পোলার (polar) করো।
চারটি রঙ চারটি আলাদা টিউবে (tube) সংগ্রহ করো (collect; রং বেরোনোর মাঝে টিউব বদলাও)।

ব্যবহার: উদ্ভিদের নির্যাস থেকে রঞ্জক, ভিটামিন, ওষুধের সক্রিয় উপাদান আলাদা করা; গবেষণাগারে নতুন তৈরি যৌগ বিশুদ্ধ করা (purification); অ্যামিনো এসিড (amino acid), এস্টার (ester) পৃথকীকরণ (separation)।

ধাপ ৭: কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি ও $R_f$

কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি (paper chromatography) একটি বণ্টন ক্রোমাটোগ্রাফি। হোয়াটম্যান (Whatman) ফিল্টার কাগজের সেলুলোজ তন্তু (cellulose fibres) সবসময় কিছু পানি ধরে রাখে — সেটিই স্থির দশা; কৈশিক ক্রিয়ায় (capillary action) ওপরে ওঠা দ্রাবক চলমান দশা। যে উপাদান চলমান দ্রাবকে বেশি দ্রবণীয়, সে দ্রাবকের সাথে বেশি দূর যায়।

কাজের ধারা: কাগজের নিচ থেকে ~2 cm ওপরে পেনসিলে ভিত্তিরেখা (baseline) টানো (কলমের কালি নিজেই আলাদা হয়ে যাবে!); তাতে নমুনার ছোট ফোঁটা দিয়ে শুকাও; ঢাকনা দেওয়া জারে কাগজটি এমনভাবে ঝোলাও যাতে দ্রাবকের তল ভিত্তিরেখার নিচে (solvent level below the baseline) থাকে; দ্রাবক মাথার কাছাকাছি উঠলে কাগজ তুলে সঙ্গে সঙ্গে দ্রাবক-সম্মুখ (solvent front) দাগিয়ে দাও। রংহীন উপাদান দেখতে বিকারক (reagent) স্প্রে করা হয় (যেমন অ্যামিনো এসিডের জন্য নিনহাইড্রিন (ninhydrin) — বেগুনি দাগ)।

প্রতিটি উপাদানের অবস্থান প্রকাশ করা হয় $R_f$ মান দিয়ে (retardation factor বা ratio to front):

R_f = \frac{\text{distance moved by the spot}}{\text{distance moved by the solvent front}}

দুটি দূরত্বই ভিত্তিরেখা থেকে মাপতে হয় (দাগের কেন্দ্র পর্যন্ত)। $R_f$ -এর বৈশিষ্ট্য:

দুটি দূরত্বের অনুপাত — কোনো একক নেই (no unit)।
দাগ দ্রাবকের আগে যেতে পারে না, তাই $0 \le R_f \le 1$ ।
একই কাগজ, একই দ্রাবক, একই তাপমাত্রায় একটি যৌগের $R_f$ নির্দিষ্ট — তাই জানা নমুনার (reference) পাশে চালিয়ে যৌগ শনাক্ত করা যায়। কিন্তু দ্রাবক বা স্থির দশা বদলালে $R_f$ বদলায়।

নিজে যাচাই করো

একটি ক্রোমাটোগ্রামে (chromatogram) দ্রাবক-সম্মুখ ভিত্তিরেখা থেকে 12.0 cm উঠেছে; একটি দাগ 3.0 cm, আরেকটি 8.4 cm দূরে। তাদের Rf কত?

পাতলা স্তর ক্রোমাটোগ্রাফি (TLC)

কাচ, প্লাস্টিক বা অ্যালুমিনিয়ামের (aluminium) পাতের ওপর সিলিকা জেল বা অ্যালুমিনার পাতলা স্তর মাখিয়ে কাগজের মতোই চালানো হয় — এটি পাতলা স্তর ক্রোমাটোগ্রাফি (thin layer chromatography, TLC), একটি অধিশোষণ ক্রোমাটোগ্রাফি। কাগজের চেয়ে দ্রুত, দাগ বেশি তীক্ষ্ণ, আর খুব অল্প নমুনা লাগে। রংহীন দাগ দেখা হয় UV আলোয় বা আয়োডিন বাষ্পে। বইয়ের চক ক্রোমাটোগ্রাফিও আসলে এই ধরনের — চকের (CaCO₃) কাঠি এখানে অধিশোষক স্থির দশা।

ক্রোমাটোগ্রাফির ব্যবহার: খাদ্যে অননুমোদিত রঞ্জক শনাক্ত করা, ওষুধের বিশুদ্ধতা যাচাই, অ্যামিনো এসিড ও শর্করা (sugars) শনাক্তকরণ (identification), ফরেনসিকে কালি বা মাদক শনাক্ত করা, কীটনাশকের (pesticide) অবশেষ (residue) খোঁজা।

ধাপ ৮: গুণগত বিশ্লেষণের গুরুত্ব

কোনো নমুনায় কী কী আছে তা বের করা হলো গুণগত বিশ্লেষণ (qualitative analysis); কতটুকু আছে তা বের করা মাত্রিক বিশ্লেষণ (quantitative analysis)। শিখা পরীক্ষা (flame test), দ্রবণে আয়ন (ion) শনাক্তকরণ, ক্রোমাটোগ্রাফি — সবই গুণগত বিশ্লেষণের হাতিয়ার। বাস্তবে এর গুরুত্ব:

ক্ষেত্র	উদাহরণ
পানি ও পরিবেশ	নলকূপের পানিতে আর্সেনিক (arsenic) শনাক্ত করার কিট (বাংলাদেশের মান 50 µg/L, WHO-র নির্দেশিকা 10 µg/L); অতিরিক্ত Fe²⁺ ধরা পড়লে আয়রন রিমুভাল প্ল্যান্ট; কারখানার বর্জ্যে (effluent) Pb, Cr, Cd খুঁজে CETP-তে শোধন
খাদ্য	মাছ-ফলে ফরমালিন (formalin; ফরমালডিহাইড, formaldehyde) শনাক্তকরণ কিট, ফল পাকাতে ক্যালসিয়াম কার্বাইডের (calcium carbide) ব্যবহার ধরা, খাবারে অননুমোদিত রঞ্জক বা ভারী ধাতু (heavy metals)
চিকিৎসা	রক্ত-মূত্রে গ্লুকোজ (glucose), প্রোটিন (protein), জীবাণু (microbes) শনাক্তকরণ; ওষুধের মান ও ভেজাল (adulteration) যাচাই
কৃষি	মাটির নমুনায় কোন লবণ/পুষ্টি উপাদান (salts/nutrients) আছে বুঝে সার (fertiliser) সুপারিশ
শিল্প	কাঁচামাল আর উৎপাদিত পণ্যের মান নিয়ন্ত্রণ

নিজে যাচাই করো

একটি কিট দিয়ে দেখা গেল নলকূপের পানিতে আর্সেনিক আছে। এটি কোন ধরনের বিশ্লেষণ, আর পরের ধাপ কী?

ধাপ ৯: এবার নিজে করে দেখো

ক) পৃথকী ফানেলে আয়োডিন নিষ্কাশন

দ্রাবক (CCl₄, হেক্সেন বা ইথানল (ethanol)) আর প্রতিবারের পরিমাণ বেছে ঢালো। কোন স্তর ওপরে, কোনটি নিচে দেখো।
ঝাঁকাও (বোতাম চাপো, বা ফানেলটি আঙুলে ধরে ডানে-বাঁয়ে টানো) — মাঝে মাঝে বাতাস ছাড়ো। সাম্যাবস্থা কত % হলো খেয়াল করো।
স্থির হতে দাও, তারপর নিচের স্তর বের করো। পানিতে কতটুকু আয়োডিন থাকল, সূত্রের সাথে মিলিয়ে দেখো।
“নতুন পরীক্ষা” দিয়ে আবার শুরু করে 1 × 50 mL আর 5 × 10 mL তুলনা করো।

পৃথকী ফানেলে আয়োডিন নিষ্কাশন

Solvent extraction of iodine with a separating funnel

↗

জৈব দ্রাবক (organic solvent):

প্রতিবারে (portion):

পানিতে I₂: 30.00 mg
সাম্যাবস্থা (equilibrium): —
K_D = C_org / C_aq: 85

পৃথকী ফানেলে (separating funnel) 100 mL আয়োডিন-পানি (iodine water, 30 mg I₂, হলদে-বাদামি)। একটি দ্রাবক (solvent) আর তার পরিমাণ বেছে ঢালো।

টিপ: ফানেলটি (funnel) আঙুল দিয়ে ধরে ডানে-বাঁয়ে টানলেও ঝাঁকানো হয়।

একবারে 50 mL CCl₄পানিতে থাকে 2.30%

5 × 10 mL (একই 50 mL)পানিতে থাকে 0.0013%

চ্যালেঞ্জ (challenges)

0/6

CCl₄ দিয়ে একবার নিষ্কাশন (extraction) করো (নিচের স্তর বের করো; drain the lower layer)
হেক্সেন (hexane) দিয়ে নিষ্কাশন (extraction) করো — জৈব স্তর (organic layer) কোথায় থাকে?
ইথানল (ethanol) দিয়ে নিষ্কাশনের (extraction) চেষ্টা করো
নতুন পরীক্ষায় 50 mL CCl₄ দিয়ে মাত্র একবার নিষ্কাশন (extraction) করো (ভালো করে ঝাঁকিয়ে)
আরেকটি নতুন পরীক্ষায় একই 50 mL CCl₄ পাঁচবারে (5 × 10 mL) ব্যবহার করো
মাত্র এক-দুবার ঝাঁকিয়েই স্তর (layer) বের করে দেখো

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

এখনো কোনো নিষ্কাশন (extraction) হয়নি। দ্রাবক (solvent) ঢেলে ঝাঁকাও, তারপর স্তর (layer) বের করো।

খ) কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি — নিজে মেপে $R_f$ বের করো

নমুনা আর দ্রাবক বেছে কাগজ জারে বসাও। দ্রাবক মাথায় পৌঁছানোর আগেই কাগজ তোলো।
হলুদ রুলারটি টেনে এর 0 ভিত্তিরেখায় মেলাও। সম্মুখ আর প্রতিটি দাগের দূরত্ব (mm) মাপো, $R_f$ হিসাব করে বসাও, তারপর যাচাই করো।

কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি ও Rf

Paper chromatography: run it, measure it

↗

নমুনা (sample):

চলমান দশা (mobile phase, solvent):

পেনসিলের ভিত্তিরেখায় (baseline) নমুনার (sample) ফোঁটা। দ্রাবকের তল (solvent level) ভিত্তিরেখার নিচে — নইলে ফোঁটা দ্রাবকে ধুয়ে যেত। জারে (jar) বসিয়ে শুরু করো।

চ্যালেঞ্জ (challenges)

0/5

পালংশাকের নির্যাস (spinach extract) পেট্রোলিয়াম ইথার + অ্যাসিটোনে (petroleum ether + acetone) চালিয়ে চারটি রঙ আলাদা করো
রুলার দিয়ে মেপে সব দাগের (spots) Rf সঠিকভাবে বের করো (একবারে সব ঠিক)
এমন একটি নমুনা-দ্রাবক (sample–solvent) জোড়া খোঁজো যাতে কিছুই নড়ে না
একই নমুনা (sample) দুটি আলাদা দ্রাবকে (solvents) চালাও — Rf কি একই থাকে?
দ্রাবককে (solvent) কাগজের মাথা পর্যন্ত উঠতে দাও — তারপর কী সমস্যা হয়?

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

এখনো কোনো মাপ নেওয়া হয়নি। ক্রোমাটোগ্রাম (chromatogram) চালিয়ে রুলার দিয়ে মাপো।

বই পড়ার সময় সাবধান — এই অংশে পাঠ্যবইয়ের কিছু ভুল:

সমস্যা ২.৭৪: দুবার 50 mL করে নিষ্কাশনের পর অনিষ্কাশিত আয়োডিন $0.012 \times (0.02439)^2 = 7.14 \times 10^{-6}$ g — বইয়ে লেখা $7.14 \times 10^{-7}$ g (একটি শূন্য বেশি)। তাই নিষ্কাশিত 99.94%, “99.99%” নয়। (দুবারে নিষ্কাশন ভালো — এই সিদ্ধান্ত অবশ্য ঠিকই থাকে।)
সমস্যা ২.৭৩: “দেয়া আছে” বাক্সে $K_D = 8$ , অথচ সমাধানে ব্যবহার হয়েছে 80। প্রশ্ন অনুযায়ী 80 ধরলে উত্তর 28 g/L (8 ধরলে হতো 2.8 g/L)।
সমস্যা ২.৭২: “1 L পানিতে 1 g আয়োডিন দ্রবীভূত” — 25 °C-এ পানিতে আয়োডিনের দ্রাব্যতা মাত্র ~0.33 g/L, তাই এটি বাস্তবে সম্ভব নয় (KI না মেশালে)। অঙ্ক হিসেবে সমাধান ঠিক আছে।
$K_D$ -এর দিক: বই $K_D$ = মূল দ্রাবকে ঘনমাত্রা ÷ নিষ্কাশক দ্রাবকে ঘনমাত্রা ধরে, আবার একই জায়গায় “CCl₄ ও পানির বণ্টন গুণাঙ্ক 80” বলে তারপর 1/80 ব্যবহার করে। কোন ঘনমাত্রা লবে, সবসময় স্পষ্ট করে লেখো।
$R_f$ -এর পূর্ণরূপ “relation to front” নয় — এটি retardation factor (বা ratio to front / retention factor)।
চক ক্রোমাটোগ্রাফি কাগজ (বণ্টন) ক্রোমাটোগ্রাফি নয় — চকের CaCO₃ এখানে অধিশোষক, তাই এটি অধিশোষণ ক্রোমাটোগ্রাফি (কলাম/TLC-এর মতো)।
কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফির দ্রাবক হিসেবে “ফিউরান” (furan) অদ্ভুত — ফিউরান খুব উদ্বায়ী (b.p. 31 °C) ও বিষাক্ত, সাধারণত ব্যবহার হয় না। প্রচলিত চলমান দশা: পানি, ইথানল, প্রোপানল (propanol), অ্যাসিটোন (acetone), বিউটানল–অ্যাসিটিক এসিড–পানি (butanol–acetic acid–water), পেট্রোলিয়াম ইথার–অ্যাসিটোন (petroleum ether–acetone)।
অধিশোষণের ক্রমে বই মাত্র চারটি মূলক দিয়েছে (–CHO < –NH₂ < –OH < –COOH)। পূর্ণ সাধারণ ক্রম: –COOH > –OH > –NH₂ > –CHO/কিটোন (ketone) > এস্টার > ইথার > অ্যালকিন (alkene) > অ্যালকেন।
গাঢ় (concentrated) HCl প্রায় 12 M (36–37%), 10 M নয়।

ঘরে বসে পরীক্ষা: টিস্যু পেপারে ক্রোমাটোগ্রাফি

সাদা টিস্যু পেপার বা কফি ফিল্টার থেকে 2 cm চওড়া, 12 cm লম্বা একটি ফালি কাটো। নিচ থেকে 2 cm ওপরে পেনসিলে একটি দাগ টানো।
দাগের ওপর কালো বা বাদামি জলরং মার্কারের (স্কেচ পেন) একটি ছোট ফোঁটা দাও।
একটি স্বচ্ছ গ্লাসে 1 cm উচ্চতা পর্যন্ত পানি নাও। একটি পেনসিলের সাথে ফালিটি ক্লিপ বা টেপ দিয়ে আটকে গ্লাসে ঝোলাও — পানি যেন দাগের নিচে থাকে।
10–15 মিনিট অপেক্ষা করো। পানি মাথার 1 cm নিচে পৌঁছালে ফালি তুলে সম্মুখে পেনসিলের দাগ দাও, শুকাও।
স্কেল দিয়ে মেপে প্রতিটি রঙের $R_f$ বের করো। ভিন্ন ভিন্ন রঙের মার্কার দিয়ে তুলনা করো।
চাইলে পালংশাক বা ধনেপাতা পিষে এক ফোঁটা রস দিয়ে, পানির বদলে নেইল পলিশ রিমুভার (অ্যাসিটোন) দিয়ে চালাও — সবুজের ভেতর থেকে হলুদ-কমলা রং বেরিয়ে আসবে।

নিরাপত্তা: অ্যাসিটোন (নেইল পলিশ রিমুভার) ও অ্যালকোহল দাহ্য (flammable) — চুলা, মোমবাতি বা আগুন থেকে দূরে, জানালা খোলা ঘরে ব্যবহার করো, গ্লাস ঢেকে রাখো। এগুলো খাবে না, চোখে লাগাবে না। কাজ শেষে হাত ধুয়ে নাও।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. 27 °C-এ 100 mL জলীয় দ্রবণে 0.012 g I₂ আছে। একজন 100 mL CCl₄ একবারে ব্যবহার করল, আরেকজন 50 mL করে দুবার। কোন পদ্ধতিতে বেশি নিষ্কাশন হবে? (KD = C(CCl₄)/C(পানি) = 80)

একবারে 100 mL: $x_1 = 0.012 \times \dfrac{100}{100 + 80 \times 100} = 1.48 \times 10^{-4}$ g থাকে → নিষ্কাশিত $\dfrac{0.012 - 0.000148}{0.012} \times 100 = 98.77\%$ ।

50 mL করে দুবার: $x_2 = 0.012 \times \left(\dfrac{100}{100 + 80 \times 50}\right)^2 = 0.012 \times (0.02439)^2 = 7.14 \times 10^{-6}$ g থাকে → নিষ্কাশিত 99.94%।

তাই দুবারে অল্প অল্প করে নিষ্কাশন বেশি কার্যকর। (বইয়ে 7.14 × 10⁻⁷ g ও 99.99% ছাপা — ভুল।)

২. 100 mL জলীয় দ্রবণে 0.5 g দ্রব আছে, KD (জৈব/পানি) = 10। 50 mL জৈব দ্রাবক (ক) একবারে, (খ) 25 mL করে দুবারে ব্যবহার করলে কত g করে নিষ্কাশিত হবে?

(ক) $x_1 = 0.5 \times \dfrac{100}{100 + 10 \times 50} = 0.0833$ g থাকে → নিষ্কাশিত $0.417$ g (83.3%)।

(খ) $x_2 = 0.5 \times \left(\dfrac{100}{100 + 10 \times 25}\right)^2 = 0.5 \times 0.0816 = 0.0408$ g থাকে → নিষ্কাশিত $0.459$ g (91.8%)।

৩. নার্নস্টের বণ্টন সূত্র লেখো। সূত্রটি কখন খাটে না?

স্থির তাপমাত্রায় কোনো দ্রব দুটি পরস্পর অমিশ্রণীয় দ্রাবকে বণ্টিত হলে দুই দ্রাবকে তার ঘনমাত্রার অনুপাত ধ্রুবক: $K_D = C_1/C_2$ । খাটে না যখন — তাপমাত্রা বদলায়; দ্রাবক দুটি আংশিক মিশ্রণীয় (partially miscible); দ্রবণ ঘন (concentrated); কিংবা কোনো দ্রাবকে দ্রবটি সংযুক্ত (যেমন বেনজিনে বেনজয়িক (benzoic) বা অ্যাসিটিক এসিড ডাইমার তৈরি করে) বা বিয়োজিত হয় — অর্থাৎ দুই দ্রাবকে আণবিক অবস্থা আলাদা।

৪. একটি কাগজ ক্রোমাটোগ্রামে দ্রাবক-সম্মুখ ভিত্তিরেখা থেকে 9.6 cm উঠেছে। A দাগ 2.4 cm ও B দাগ 7.2 cm দূরে। Rf বের করো। কোনটি স্থির দশায় বেশি আকৃষ্ট?

$R_f(A) = 2.4/9.6 = 0.25$ , $R_f(B) = 7.2/9.6 = 0.75$ । A কম দূর গেছে, অর্থাৎ স্থির দশায় (কাগজে ধরা পানিতে) বেশি থাকে — A বেশি পোলার/পানিতে বেশি দ্রবণীয়। $R_f$ -এর কোনো একক নেই, আর এটি সবসময় 0 থেকে 1-এর মধ্যে।

৫. সিলিকা জেলের কলামে পালংশাকের নির্যাস হেক্সেন দিয়ে চালালে প্রথমে কমলা-হলুদ পট্টি বেরিয়ে আসে, সবুজ পট্টিগুলো ওপরে আটকে থাকে। ব্যাখ্যা করো। সবুজ পট্টি বের করতে কী করবে?

কমলা পট্টিটি ক্যারোটিন — শুধু C ও H দিয়ে তৈরি অপোলার হাইড্রোকার্বন। পোলার সিলিকায় এটি প্রায় অধিশোষিত হয় না আর অপোলার হেক্সেনে ভালো দ্রবণীয়, তাই দ্রুত নেমে আসে। ক্লোরোফিল ও জ্যান্থোফিলে O, N-যুক্ত পোলার মূলক আছে, তারা সিলিকায় শক্ত করে আটকে থাকে। এদের বের করতে চলমান দশার পোলারিটি বাড়াতে হয় — হেক্সেনের সাথে অ্যাসিটোন (বা ইথানল) মিশিয়ে।

৬. “গুণগত বিশ্লেষণ জনস্বাস্থ্য রক্ষায় গুরুত্বপূর্ণ” — বাংলাদেশের প্রেক্ষাপটে দুটি উদাহরণ দাও।

(ক) নলকূপের পানিতে আর্সেনিক: ফিল্ড কিট দিয়ে আর্সেনিকের উপস্থিতি শনাক্ত করে বিপজ্জনক নলকূপ লাল রং করে চিহ্নিত করা হয়; প্রয়োজনে পরীক্ষাগারে পরিমাণ মাপা হয় (বাংলাদেশের মান 50 µg/L)। (খ) খাদ্যে ফরমালিন: মাছ, ফল বা দুধে ফরমালডিহাইড আছে কি না কিট দিয়ে শনাক্ত করে ভেজাল খাদ্য বাজার থেকে সরানো হয়। এছাড়া খাদ্যে ভারী ধাতু (Pb, Cr, Cd) বা অননুমোদিত রঞ্জক শনাক্তকরণও গুণগত বিশ্লেষণ।

দ্রাবক নিষ্কাশন ও ক্রোমাটোগ্রাফিSolvent extraction & chromatography

ধাপ ১: দ্রাবক নিষ্কাশন ও পৃথকী ফানেল

ধাপ ২: নার্নস্টের বণ্টন সূত্র

ধাপ ৩: একবারে বেশি, নাকি বারবার অল্প?

ধাপ ৪: কঠিন থেকে নিষ্কাশন — সক্সলেট যন্ত্র

ধাপ ৫: ক্রোমাটোগ্রাফির মূলনীতি

ধাপ ৬: কলাম ক্রোমাটোগ্রাফি

ধাপ ৭: কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি ও RfR_fRf​

পাতলা স্তর ক্রোমাটোগ্রাফি (TLC)

ধাপ ৮: গুণগত বিশ্লেষণের গুরুত্ব

ধাপ ৯: এবার নিজে করে দেখো

ক) পৃথকী ফানেলে আয়োডিন নিষ্কাশন

চ্যালেঞ্জ (challenges)

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

খ) কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি — নিজে মেপে RfR_fRf​ বের করো

চ্যালেঞ্জ (challenges)

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

ঘরে বসে পরীক্ষা: টিস্যু পেপারে ক্রোমাটোগ্রাফি

পরীক্ষার প্রস্তুতি

ধাপ ৭: কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি ও $R_f$

খ) কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি — নিজে মেপে $R_f$ বের করো